JP2000509147A

JP2000509147A - Apparatus for measuring shear at the core of a sandwich structure

Info

Publication number: JP2000509147A
Application number: JP9538002A
Authority: JP
Inventors: レンノ，アンデルス
Original assignee: レンノ，アンデルス
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: US6334362B1; EP0895576B1; EP0895576A1; SE9601566L; JP3784073B2; SE506383C2; DK0895576T3; ATE261106T1; DE69727924T2; WO1997040338A1; DE69727924D1; ES2217414T3; SE9601566D0

Abstract

The invention relates to a device for measuring the shearing action in the core of a sandwich structure, for instance a hull. The device comprises a sensing means, e.g. a cylindrical rod, and a measuring instrument. The rod is adapted to be inserted into a cylindrical hole which is bored in the hull preferably perpendicular to the surface thereof so as to extend a distance into the core and which has a diameter corresponding to that of the rod. By means of the measuring instrument, an angle between the rod and a reference plane is measured, which is determined by three points on the surface of the hull or the change of this angle when the hull is subjected to a change in load. This angle can be converted into a measure of the current shearing load.

Description

【発明の詳細な説明】サンドイッチ構造体のコア部における剪断を測定するための装置発明の分野本発明は、サンドイッチ構造体のコア部における剪断作用(shearing action) を測定するための請求項１の前段に記載する装置に関する。これは例えば均一もしくは多孔質の材料や複合材料などからなるシートやシェルから構成されたものである。このサンドイッチ構造体は、例えば船体に使用されるものであり、２枚の硬い外層と、バルサウッドまたは発泡プラスチックから通常は構成される少なくとも１枚の中間層であるコア部とから成っている。この測定装置は、船体のコア材料における剪断作用を静的測定および動的測定して、テストしながら大きさを確認したり操作中の負荷をモニターしたりできるものである。またこの測定装置は、コアがハニカム層から成る飛行機や自動車のパネルのような構造部分の実験室的試験負荷の測定にも使用できる。もちろんこの構造体はパネル状である必要はない。それらはフレームや強化部分などの任意形状の構造部分であってもよい。背景技術サンドイッチ構造体の船体のコア材料における剪断作用を測定するために、従来技術の場合、テスト対象物のコア材料から成り、コア層の厚さに等しい長さを有するΦ＝３５ｍｍの円筒形プラグが使用されている。このプラグの場合、プラグの軸方向に対して４５の角度に傾けてホイル型の歪みゲージが固定される。このプラグは、外層の１つとコア層とを通る垂直にあけられた孔に配置される。それらは（このプラグは）この孔の中に接着剤によって取り付けられ、実際には最大歪みが発生する方向に歪みゲージが配置されるように並べられる。コア材料に剪断負荷を加えた場合にこの方向に垂直な平面が発生するが、前記平面はコア層である中間層に対して４５の角度に傾いており、例えば矩形状のサンドイッチパネルの場合、パネル端部から任意の距離に配置されたリングに沿っている。過大な剪断歪みに起因してこのコア材料が破壊する場合、この破壊は通常このような平面で起こる。そのようなプラグの使用には欠点がある。再使用されないプラグの製造および設置は、コストと時間がかかり、熟練したスタッフが必要となる。これを設置するために外層に設けられる比較的大きな孔によって許容できない船体の強度減少を引き起こさないようにするために、例えばプラグを覆う層と同一特性のカバーを作製するなどによってこの層の強度について設計し直さなければならない。このプラグが信頼性のある配列の歪みゲージと取り付けられるように、最大剪断応力を有する平面の方向を予め確認することは困難である。このような使用は高コストの較正を必要とし、しかも精度が低い。あるコア材料、例えばハニカムの場合それは全く使用できない。発明の説明技術的課題本発明の課題は、上述の欠点がなく、サンドイッチ構造体のコア部分における剪断作用を測定できる装置を提供することである。その装置は大規模な準備を行うことなく使用できるものである。それは、この装置をテスト対象物に取り付ける配列に依存することなく信頼性のある測定ができるものである。解決手段上記の課題は、添付する請求項に記載される特徴を備えた装置によって達成される。本発明によると、この装置は、サンドイッチ構造体の表面の開口を通ってコア部のキャビティ内に挿入されて、このキャビティを規定する壁表面の少なくとも一部に支えられるようになった感知手段を有している。さらにこの装置は、感知手段と対象物の参照平面との間の角度やこの角度の変化を測定するための機器を有している。測定操作によってキャビティ近傍の材料内部の剪断負荷を測定することができる。図１は縦断面が示されたサンドイッチパネル１のコア層を示している。このパネルは同じ材料で同じ厚さものが互いに取り付けられた多数の部分層２から構成されているとみなされるものである。このパネルの全ての部分層を通って、円柱形の孔３が縦方向に、好ましくはパネル平面に垂直に穿孔されている。感知手段４はこの孔に挿入される。この手段は、穿孔と同一直径を有するとともにパネルの上面５の上方に延びる長さを有する円柱形のロッドとして設計されている。例えば、層と平行な力６であってパネルの長さ方向に沿って図の左側に向かう力６の影響をパネルの最下層が受ける一方で最上層はその位置に留まることによる剪断作用がこの材料に働く場合、各層の中心平面は隣接する上の層に対して左側に同じ距離だけ移動する。各部分層の孔は、部分層とともに移動するため、このロッドは部分層の動きに従って角度７が変わるが、理想的にはこの角度は剪断作用の剪断角度に等しく、しかも剪断負荷に比例する。参照平面として使用される最上部分層であるパネルの上端部の上面５に、ロッドの角度変化を測定するための機器８が、その対称平面が縦断面と共通平面内に存在するように、取り付けられる。この機器は機械的、光学的もしくは電気的原理で作動することができる。後者の場合、トランスデューサからロッド４までの距離を２個の異なるレベルで非接触測定できる従来型の２個の電動トランスデューサ９を有してもよい。このようなトランスデューサを使用してトランスデューサ間の直角距離を知る測定を行う場合、角度７とこの角度からの剪断負荷が計算できる。少なくとももう１個の測定機器１０が使用される場合、パネルの長さ方向と異なる方向に配置されると、任意方向の角度変化を測定することに加えて、２個の測定機器の信号間の関係からこの方向を計算できる。他の形状の試験対象物の場合、他の参照平面を使用してもよい。これは対象物の外表面に位置している必要はない。例えば、材料内部に位置する三点を通っていてもよく、この場合、そこでの剪断作用が測定できる。感知手段の形状並びにキャビテイの形状は上記実施例の形状に限定されない。この手段を例えば測定機器に接続された装置に搭載した場合、この手段は一か所でキャビティの境界面と接触している必要がある。そして、この接触は、感知手段にスプリングアッセンブリによって維持されてもよい。このような弾力は失われた動きを集めてより正確に測定するのに適している。利点本発明によると、安価で容易に適用できる装置が提供され、この装置は大規模な準備を行うことなくサンドイッチ構造体のコア部分における剪断作用の正確な値と剪断作用の方向とを測定する。ロッドや装置用の小さなネジのための孔は、種々の付属品等を固定するケーブルリード挿入ネジのための船体に垂直に設けられた孔よりもずっと小さい。それ故、従来技術の測定と比較して、この測定は試験対象物に与えるダメージがずっと小さい。測定機器を試験対象物にシールしないことによって、それは点検やチェックのために容易にアクセスできる。これは、プラグの測定精度が減少する長期間測定において重要である。さらに、これは再使用可能な装置になるため、測定コストを減少できる。図面の説明好ましい実施例は図２にさらに詳細に記載されている。図１はコア材料から成るシート状パネルと装置の概略図である。図２はサンドイッチ構造体のプラスチック船体のコア部における剪断作用を測定するための本発明の好ましい実施例の立面図である。好ましい実施例の説明好ましい実施例においては、本発明の簡略化された装置が使用される。この装置は、サンドイッチ構造体の船体などの剛直な外層を有する対象物のためだけに使用できる。外層の一方に搭載される感知手段であるロッドを置くことによって、上記外層に取り付けられる両方の測定器は、それぞれ１個のトランスデューサを備えている。結果として、トランスデューサとこれに関連する電気的アッセンブリのコストは、上記実施例のコストの約半分になる。図２において船体の底の一部を１１で示す。この部分は、剛直な強化プラスチックから成る内側外層１２、発泡プラスチックから成るコア層１３、および前記内側外層と同種の外側外層１４から構成されるサンドイッチ構造体である。３〜４ｍｍの直径を有する円筒形ガイド孔が内側外層とコア層とを通って穿孔されている。このようにして得られた内側外層およびコア層のスルーホールは、１５および１６で示している。測定機器１７は、主要な部分としては、ロッド１８を有する感知手段と、ロッド、ベース１９、および１個または図に示すような２個の測定指示手段２０、２１から成る位置決め装置２２とから構成される。ロッド１８は、ガイド孔の直径に対応する直径と、ガイド孔１５、１６中を外側外層１４まで挿入できるとともに測定機器の機能に関する要求によって決定される長さだけ内側外層から突出し得る長さとを有する円筒形金属製ロッドである。例えば、「ハニカム」が中間材料として使用される場合、ロッドの下端部は例えば弾性接着剤を使用して膨張プラグ(expanding plug)に固定される。この膨張プラグは、孔の底まで挿入されるか、または他方の外層を通って穿孔された孔付近にあるものである。測定指示手段はそれぞれ非接触距離トランスデューサ２３からなる（更なるトランスデューサは図面では省略されている）。位置決め装置は立方体の装置２２であり、ロッドの突出部に取り付けられて、距離トランスデューサの機能を改善するようになっている。それは、ロッドが挿入される円筒形の孔と、ロッドにそれを取り付けるためのクランプネジ２４とを有している。ベース１９は、上端部に測定指示手段が取り付けられる安定な金属製固定プレート２５と、厚い金属製シートから成るベースディスク２６とから構成される。このベースディスクには、中央孔２７と、金属製シートにプレスされてベースディスクと同心の円に沿って等距離に配置された３つの支持部２８とが形成されている。固定プレートはベースディスクの孔２７を通る孔２９を有しており、それを通ってロッドが自由に延びて動くことができる。ベースディスクは、孔が形成された支持部に円錐形の貫通した固定ねじ３個を使用して、船体の内側外層に取り付けられている。このネジ３０の１つだけが図に示されている。固定プレートは３つの調整ネジを使用してベースディスクの上部に横方向に調整できるように固定される。この調整ねじはベースプレートにネジ係合されるものであり、その１つだけを３１として示す。測定指示手段２０および２１からのワイヤが電気的アッセンブリ３２に配置される。この電気的アッセンブリは測定を制御し、入力信号を角度の大きさに変換し、そしてこの大きさを表すようになっている。装置の使用内側外層およびコア層を通る孔をあけた後、外層の孔１５の端部には、孔がこの孔に挿入されたロッドのための回転ベアリングとして機能するように、削り目 (burred)が設けられている。ベースディスク２６は、ロッドと同心の固定ネジ３０を使用して、支持部２８を外層に固定する。一方、測定指示手段を備えた固定プレート２５はベースディスクに搭載され、位置決め装置２２はロッドを押さえる。電気的アッセンブリを作動して、そこから得られた値を使用して固定プレートは横方向に調整されるとともに、ロッド上の位置決め装置は垂直方向および回転方向に調整されて、測定操作を始める前に、これらは正確なスタート位置を得る。この器具は、位置決め装置に関して制御できる従来設計のスリーブを引くことによって較正される。３つの支持部で外層に取り付けられるところの接触点では、測定操作において使用される参照平面をイメージすることができる。構造体が曲げられた場合であも正確に測定するのに好適な参照平面は、これらの接触点がロッドから本質的に等距離に配置されるとともにこの器具が曲げ平面と平行な平面における例えば２個の支持部に配置される場合に得られる。コア部の非線形剪断作用がロッドの曲げを引き起こして測定誤差が生じるのを防止するために、ロッドはコアの中心部の辺りで直径が小さくなった部分３３を有している。装置が１個の測定指示手段のみしか備えていない場合、これは、前記参照平面に垂直な軸であって、キャビティの開口部を通って剪断角度が最大になる所に延びる軸に関して回転する。この回転は、固定ネジ３１のための固定プレート２５内の孔が円弧状である場合に達成される。４点引っ張りテストにおいて、この装置はよい結果を出す。使用された非接触距離メーターの出力電圧と剪断歪みとの間の関係は線形である。その結果、正確な測定が大規模な較正を行うことなく実施され得る。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring the shearing action at the core of a sandwich structure. The invention relates to a device for measuring the shearing action at a core portion of a sandwich structure. It relates to the device described in the preceding paragraph. This is composed of a sheet or shell made of, for example, a uniform or porous material or a composite material. This sandwich structure is used, for example, in a hull and comprises two hard outer layers and at least one intermediate layer core, usually made of balsawood or foam plastic. The measuring device is capable of statically and dynamically measuring the shearing action on the core material of the hull, to ascertain the size during testing and to monitor the load during operation. The measuring device can also be used to measure laboratory test loads on structural parts such as airplanes and automobile panels whose cores consist of a honeycomb layer. Of course, this structure need not be panel-shaped. They may be structural parts of any shape, such as frames or reinforcements. BACKGROUND OF THE INVENTION In order to measure the shearing effect on the core material of the hull of a sandwich structure, in the prior art, a cylindrical cylinder of Φ = 35 mm consisting of the core material of the test object and having a length equal to the thickness of the core layer Plugs are used. In the case of this plug, the foil type strain gauge is fixed at an angle of 45 with respect to the axial direction of the plug. The plug is located in a vertically drilled hole through one of the outer layers and the core layer. They are attached by adhesive in this hole and are arranged in such a way that the strain gauges are arranged in the direction in which the maximum strain actually occurs. When a shear load is applied to the core material, a plane perpendicular to this direction is generated.The plane is inclined at an angle of 45 with respect to the intermediate layer which is the core layer.For example, in the case of a rectangular sandwich panel, Along a ring located at an arbitrary distance from the panel edge. If the core material breaks due to excessive shear strain, the break usually occurs at such a plane. The use of such plugs has disadvantages. Manufacturing and installing non-reusable plugs is costly, time consuming, and requires skilled staff. In order not to cause an unacceptable decrease in the strength of the hull due to the relatively large holes provided in the outer layer for the installation of this, the strength of this layer is determined, for example by making a cover with the same characteristics as the layer covering the plug. You have to redesign. It is difficult to predetermine the direction of the plane with the maximum shear stress so that the plug can be fitted with a reliable array of strain gauges. Such use requires expensive calibration and is less accurate. For some core materials, for example honeycomb, it cannot be used at all. Description of the invention Technical problem The object of the present invention is to provide a device which does not have the above-mentioned disadvantages and which can measure the shearing action at the core of the sandwich structure. The device can be used without extensive preparation. That is, a reliable measurement can be performed without depending on an arrangement of attaching the device to a test object. SOLUTION The above object is achieved by apparatus having the features described in the appended claims. According to the invention, the device comprises a sensing means inserted through an opening in the surface of the sandwich structure into a cavity of the core portion and adapted to be supported on at least a part of a wall surface defining the cavity. Have. In addition, the device has equipment for measuring the angle between the sensing means and the reference plane of the object and the change in this angle. By the measurement operation, the shear load inside the material near the cavity can be measured. FIG. 1 shows a core layer of a sandwich panel 1 with a longitudinal section. This panel is to be regarded as being composed of a number of sub-layers 2 of the same material and of the same thickness attached to one another. Through all the partial layers of this panel, cylindrical holes 3 are drilled in the longitudinal direction, preferably perpendicular to the panel plane. The sensing means 4 is inserted into this hole. This means is designed as a cylindrical rod having the same diameter as the perforations and a length extending above the upper surface 5 of the panel. For example, the shearing effect of the lowermost layer of the panel being affected by a force 6 parallel to the layer and directed along the length of the panel to the left of the figure while the uppermost layer remains in place. When working on a material, the central plane of each layer moves the same distance to the left relative to the adjacent upper layer. Since the holes in each sublayer move with the sublayer, the rod changes its angle 7 according to the motion of the sublayer, but ideally this angle is equal to the shear angle of the shearing action and is proportional to the shear load. On the upper surface 5 of the upper end of the panel, which is the uppermost layer used as a reference plane, a device 8 for measuring the angle change of the rod is mounted such that its plane of symmetry lies in a common plane with the longitudinal section. Can be The device can operate on mechanical, optical or electrical principles. In the latter case, one may have two conventional motorized transducers 9 which can measure the distance from the transducer to the rod 4 at two different levels in a non-contact manner. If measurements are made using such transducers to determine the perpendicular distance between the transducers, angle 7 and the shear load from this angle can be calculated. When at least another measuring device 10 is used, if it is arranged in a direction different from the length direction of the panel, in addition to measuring the angle change in any direction, the signal between the two measuring devices 10 This direction can be calculated from the relationship. For test objects of other shapes, other reference planes may be used. It need not be located on the outer surface of the object. For example, it may pass through three points located inside the material, in which case the shearing action thereat can be measured. The shape of the sensing means and the shape of the cavity are not limited to the shapes of the above embodiments. If this means is mounted, for example, on a device connected to a measuring instrument, it must be in one place in contact with the cavity interface. This contact may then be maintained by a spring assembly in the sensing means. Such resilience is suitable for collecting lost movements for more accurate measurement. Advantages According to the present invention there is provided an inexpensive and easily adaptable device which measures the exact value of shear and the direction of shear at the core of a sandwich structure without extensive preparation. . The holes for small screws for rods and equipment are much smaller than the holes provided vertically in the hull for the cable lead insertion screws for fixing various accessories. Therefore, as compared to prior art measurements, this measurement causes much less damage to the test object. By not sealing the measuring instrument to the test object, it is easily accessible for inspection and checking. This is important for long-term measurements where the measurement accuracy of the plug is reduced. Moreover, this results in a reusable device, which can reduce measurement costs. DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The preferred embodiment is described in more detail in FIG. FIG. 1 is a schematic view of a sheet-like panel made of a core material and an apparatus. FIG. 2 is an elevational view of a preferred embodiment of the present invention for measuring the shearing action at the core of a plastic hull of a sandwich structure. Description of the Preferred Embodiment In the preferred embodiment, the simplified apparatus of the present invention is used. This device can only be used for objects with a rigid outer layer, such as the hull of a sandwich structure. By placing a rod which is a sensing means mounted on one of the outer layers, both measuring instruments attached to said outer layer each comprise one transducer. As a result, the cost of the transducer and its associated electrical assembly is about half that of the above embodiment. In FIG. 2, a part of the bottom of the hull is indicated by 11. This part is a sandwich structure comprising an inner outer layer 12 of rigid reinforced plastic, a core layer 13 of foamed plastic and an outer outer layer 14 of the same kind as said inner outer layer. A cylindrical guide hole having a diameter of 3-4 mm is drilled through the inner outer layer and the core layer. The through holes in the inner outer layer and the core layer thus obtained are indicated by 15 and 16. The measuring device 17 comprises, as the main part, a sensing means having a rod 18 and a positioning device 22 comprising a rod, a base 19 and two or two measurement indicating means 20, 21 as shown. Be composed. The rod 18 has a diameter corresponding to the diameter of the guide hole and a length that can be inserted into the guide holes 15, 16 to the outer outer layer 14 and protrude from the inner outer layer by a length determined by the requirements regarding the function of the measuring device. It is a cylindrical metal rod. For example, if a "honeycomb" is used as the intermediate material, the lower end of the rod is fixed to an expanding plug using, for example, an elastic adhesive. The inflatable plug is one that is inserted to the bottom of the hole or is near the hole drilled through the other outer layer. The measurement indicating means each comprise a non-contact distance transducer 23 (further transducers are omitted in the drawing). The positioning device is a cubic device 22 which is mounted on the rod projection to improve the function of the distance transducer. It has a cylindrical hole into which the rod is inserted and a clamping screw 24 for attaching it to the rod. The base 19 comprises a stable metal fixing plate 25 on the upper end of which a measurement indicating means is mounted, and a base disk 26 made of a thick metal sheet. The base disk has a central hole 27 and three support portions 28 pressed into a metal sheet and arranged at equal distances along a circle concentric with the base disk. The fixing plate has a hole 29 through the hole 27 of the base disk, through which the rod can extend freely and move. The base disk is attached to the inner outer layer of the hull using three conical penetrating fixing screws in a perforated support. Only one of the screws 30 is shown in the figure. The fixing plate is fixed on the upper part of the base disk using three adjusting screws so that it can be adjusted laterally. This adjusting screw is screwed into the base plate, only one of which is shown as 31. Wires from measurement indicating means 20 and 21 are disposed on electrical assembly 32. The electrical assembly controls the measurement, converts the input signal to an angular magnitude, and represents this magnitude. After drilling the holes through the inner outer layer and the core layer of the device, the ends of the holes 15 in the outer layer are burred so that the holes function as rotating bearings for the rods inserted into the holes. ) Is provided. The base disk 26 fixes the support 28 to the outer layer using a fixing screw 30 concentric with the rod. On the other hand, the fixed plate 25 provided with the measurement instruction means is mounted on the base disk, and the positioning device 22 holds down the rod. Activate the electrical assembly and use the value obtained therefrom to adjust the fixed plate laterally and adjust the positioning device on the rod vertically and rotationally before starting the measuring operation. In addition, they get an accurate starting position. The instrument is calibrated by drawing a sleeve of conventional design that can be controlled with respect to the positioning device. At the point of contact where the three supports are attached to the outer layer, the reference plane used in the measurement operation can be imaged. Suitable reference planes for accurate measurement even when the structure is bent are those in which the points of contact are arranged essentially equidistant from the rod and the instrument is in a plane parallel to the bending plane. Obtained when placed on two supports. The rod has a reduced diameter portion 33 near the center of the core to prevent non-linear shearing of the core from causing bending of the rod and causing measurement errors. If the device comprises only one measurement indicating means, it rotates about an axis perpendicular to said reference plane and extending through the opening of the cavity where the shear angle is at a maximum. This rotation is achieved when the holes in the fixing plate 25 for the fixing screws 31 are arc-shaped. In a four-point pull test, the device gives good results. The relationship between the output voltage of the non-contact distance meter used and the shear strain is linear. As a result, accurate measurements can be performed without extensive calibration.

Claims

[Claims] 1. An apparatus for measuring the shearing action at the core of a sandwich structure. And the device comprises a sensing means (4, 18) and a measuring instrument (8, 20, 32). Become The sensing means comprises an opening (1) in a cavity on the surface of the sandwich structure. 5) and inserted into the cavity (16) of the core (13), At least one point of contact with the boundary of the cavity The measuring device is provided at at least three points of the sensing means and the sandwich structure. To measure the angle and its change from the virtual reference plane defined by An apparatus characterized in that: 2. The cavity comprises a cylindrical portion, and the sensing means is in front of the cavity. Specially, it consists of a cylindrical part adapted to be inserted into the cylindrical part. The device of claim 1 wherein the device is a device. 3. The cavity is cylindrical and the sensing means is located within the cavity. A neck portion having a reduced diameter around a central portion of the core portion in an extending portion; Except that it has a cylindrical shape having a diameter corresponding to the diameter of the cavity, except for 3. The device according to claim 2, wherein the device comprises: 4. The measuring device is a transducer for measuring a distance to the sensing means. (23) The transducer is the plane on which the sensing means moves as the shear load changes 4. The device according to claim 1, wherein the device is arranged in a housing. The device according to item. 5. The device comprises two transducers for measuring the distance to the sensing means. (23), wherein the two transducers provide the sensing means. 5. An arrangement according to claim 1, wherein said arrangement is made in another plane containing the axis passing through. The apparatus according to claim 1. 6. The device comprises two transducers (9) and the two transformers (9). The transducer measures the distance to the sensing means at its two different levels Apparatus according to any of the preceding claims, characterized in that: .